【074】4CDCD開關(guān)電源設(shè)計(開題報告+論文+文獻綜述),074,cdcd,開關(guān)電源,設(shè)計,開題,報告,講演,呈文,論文,文獻,綜述 1研究背景 電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1-1所示，DC-DC變換器是進行功率變換的器件，是開關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動電路、過流與過壓保護電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時間，從而調(diào)整輸出電壓。其結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。 DC/DC變換器 V1 V0 取樣 比較 放大 參考 電壓 PWM 驅(qū)動器 當(dāng)前,開關(guān)電源新技術(shù)產(chǎn)品正在向以下“四化”的方向發(fā)展:應(yīng)用技術(shù)的高頻化;硬件結(jié)構(gòu)的模塊化;軟件控制的數(shù)字化;產(chǎn)品性能的綠色化。由此,新一代開關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟、實用。 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。 近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),這樣縮小了整機的體積,方便了整機設(shè)計和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的、熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完善的境地。 開關(guān)電源是一種采用開關(guān)方式控制的直流穩(wěn)定電源,它以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。而當(dāng)我們把開關(guān)電源的研究擴大到可調(diào)高電壓、大電流時,以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC變換器,即開拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域,又使開關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴大到了從發(fā)電廠設(shè)備至家用電器的所有應(yīng)用電力、電子技術(shù)的電氣工程領(lǐng)域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ)的開關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償、機車牽引、交直流電機傳動、不停電電源、汽車電子化、開關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動化設(shè)備等。 2、存在的問題 當(dāng)我們對該技術(shù)進行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來設(shè)計電源，都以輸出功率最大時所需的續(xù)流時間為依據(jù)來預(yù)留開關(guān)截止時間的，則負載所需的功率小于電源的最大輸出功率時就必然造成了工作電流的不連續(xù)；“反峰電壓”是開關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵磁能量在開關(guān)關(guān)斷時的一種表現(xiàn)，而勵磁能量只能在、也必須在開關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時地為勵磁能量提供一個“低阻抗通道”，并且為勵磁能量的通過提供一段時間，但 “單調(diào)”控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復(fù)位問題；傳統(tǒng)的電流取樣方法是在功率回路中串聯(lián)電阻，效率不高，這個問題向來是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”；高頻開關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問題。 以上的問題看似彼此獨立，其實它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問題，也許還是一條艱難而漫長的路。 3、本設(shè)計主要要解決的問題和方法 （1）相關(guān)電路的選擇：整流電路的選擇、單相半波整流電路、單相橋式整流電路、防止電流沖擊的設(shè)計。 （2）參數(shù)計算以及元器件的選型、控制方式的選擇、功率轉(zhuǎn)換電路的選擇、單端正激變換器的設(shè)計、變壓器設(shè)計、電感的參數(shù)計算、二極管和電容器的選擇、開關(guān)管的選擇、控制電路的設(shè)計。等電路的選擇。 （3）控制模式的選擇 PWM開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準(zhǔn)信號的差值進行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號穩(wěn)定。PWM的開關(guān)頻率一般為恒定，控制取樣信號有：輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開關(guān)器件峰值電流。由這些信號可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的，同時可以實現(xiàn)一些附帶的過流保護、抗偏磁、均流等功能。對于定頻調(diào)寬的PWM閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要有五種PWM反饋控制模式。 （4）開關(guān)電源集成控制器 開關(guān)電源主要由主回路和控制回路兩大部分組成，主回路是將交流電網(wǎng)的電能傳遞給負載的回路，控制回路是按輸入輸出條件控制主回路的工作狀態(tài)的回路，將控制回路集成化即稱為開關(guān)電源集成控制器。開關(guān)電源集成控制器多為脈寬調(diào)制型(PWM),早期PWM多為電壓型，缺點是瞬念響應(yīng)不好。電流控制型PWM的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型，國外新生產(chǎn)的電流PWM控制器品種和數(shù)量最多，有完全取代電壓控制型的趨勢。本設(shè)計采用GWl524作為系統(tǒng)的控制器。 （5）電壓檢測電路 電壓反饋的唯一功能就是使輸出電壓保持在一個固定的值，電源系統(tǒng)中，對輸出電壓進行分壓（分壓比例為電壓參考值與額定輸出電壓的比值），將此電壓與參考電壓的誤差通過誤差放大器，用于校正脈寬，使輸出電壓穩(wěn)定。由于GW1524內(nèi)部有誤差放大器，我們只需將輸出電壓檢測出來即可，本設(shè)計采用在主輸出端串電阻的方式檢測輸出電壓，并反饋到集成控制器，構(gòu)成閉環(huán)。 （6）電流檢測電路 電流模式控制具有動態(tài)反應(yīng)快、補償電路簡化、增益帶寬大、輸出電感小、易于均流等優(yōu)點，因而取得越來越廣泛的應(yīng)用。而在電流模式的控制電路中，需要準(zhǔn)確、高效地測量電流值，故電流檢測電路的實現(xiàn)就成為一個重要的問題。在電流環(huán)的控制電路中，電流放大器通常選擇較大的增益，其好處是可以選擇一個較小的電阻來獲得足夠的檢測電壓，而檢測電阻小損耗也小。電流檢測電路的實現(xiàn)方法主要有兩類：電阻檢測（resistivesensing）和電流互感器（currentsensetransformer）檢測。 （7）電阻檢測 當(dāng)使用電阻檢測法直接檢測開關(guān)管的電流時還必須在檢測電阻RS旁并聯(lián)一個小RC濾波電路，因為當(dāng)開關(guān)管斷開時集電極電容放電，在電流檢測電阻上產(chǎn)生瞬態(tài)電流尖峰，此尖峰的脈寬和幅值常足以使電流放大器鎖定，從而使PWM電路出錯。但是在實際電路設(shè)計時，特別在設(shè)計大功率、大電流電路時采用電阻檢測的方法并不理想，因為檢測電阻損耗大，達數(shù)瓦，甚至十幾瓦；而且很難找到幾百毫歐或幾十毫歐那么小的電阻。 （8）啟動和集成電路供電電路設(shè)計 輸入高于直流電壓20V時，輸入電壓不能直接供電給控制芯片IC GW1524，而需要采用輔助電源電路，這部分電路的主要功能是用一個分流或串聯(lián)的線形電源給控制器提供比較穩(wěn)定的電壓。 （9）保護電路的設(shè)計 開關(guān)電源電路擔(dān)負著向整個電子設(shè)備各單元電路提供電壓和功率的任務(wù)，因此，開關(guān)電源電路一旦發(fā)生故障，整個電子設(shè)備就不能正常工作，嚴(yán)重時還會引起一系列的燒壞元器件典故，其后果極其嚴(yán)重。在開關(guān)穩(wěn)壓電路中，功率開關(guān)管工作在高電壓、大電流狀態(tài)之下，其故障率比小信號電路要高得多，這不僅要求功率開關(guān)管及其電源電路的可靠性高，而且還要設(shè)置一些必要的保護電路，使其在一旦出現(xiàn)故障或故障先兆時迅速切斷電源．以免故隙蔓延，損壞更多的無器件。 在設(shè)計之中，我們會碰各個內(nèi)容。我們只有多查看資料，多多吸取前人的經(jīng)驗。